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從半導體設備市場統計看各國產業發展
根據國際半導體產業協會(SEMI)最新公布的報告,預估全球晶圓廠設備支出總額將先蹲後跳,從2022年的歷史高點995億美元,下滑15%至840億美元;隨後於2024年回升15%,達到970億美元。若要解讀此預測數字,應擺在2021與2022年是晶圓廠設備有史以來的投資高峰來看,其具有2個意涵。一是2023年即便衰退18%,仍比2020年之前的任何一年都高,且高上百億美元的數量級;二是即便2024年回升15%,金額仍不及2022年的高峰。整體而言,未來幾年晶圓廠設備市場規模,在因應地緣政治格局及供應鏈安全,各國政府強力介入扶植在地產業的情況下,已較2020年的規模躍上一個位階,且維持比半導體市場更高的成長率!若看2023年上半的整體半導體設備市場(含晶圓廠與封測)統計,中國大陸、台灣與南韓仍是全球前三大市場,規模分別為143.1億美元、126.2億美元與112.7億美元,佔整體市場比重各為22.5%、24.0%與21.4%,這數字符合一般的預期。 特別值得注意的是美國市場規模的擴大。美國2021年的半導體設備規模是76.1億美元,2022年已擴大為104.7億美元,2023年上半規模68.8億美元,較2022年上半成長30.8%,是所有市場成長之最,2023全年可能突破140億美元規模,包括台積電,英特爾(Intel)、三星(Samsung Electronics)、德儀(TI)等大廠都是主要驅動力量,也反應美國政府強力介入扶持產業「具體成績」。中國市場方面,2014年6月中國國務院頒布〈國家集成電路產業發展推進綱要〉,確認設計、製造、封測、設備材料全產業鏈發展的框架,並啟動配套的大基金,帶動中國半導體產業的加速發展,其後2015年5月發布的〈中國製造2025技術藍圖〉的第一章第一節的項目便是「集成電路及專用設備」,可見半導體與相關設備的關鍵性。自2013年起迄今,中國半導體設備採購額的成長率基本上均高於全球半導體設備市場的成長率,2013年中國半導體設備市場規模為34億美元,佔全球市場的10.6%;10年後的2022年,規模已成長至283億美元,全球市場佔比提升至26.3%。若觀察北方華創與中微兩家中國半導體設備龍頭業者,2018年中美貿易戰之後的3年間(2019~2021年),北方華創的年營收成長率為22.1%、49.2%與59.9%;2019年才掛牌揭露業績的中微,2020年與2021年的成長率為25.9%與57.4%,均呈現銷售額高速成長的態勢。2022年迄今全球半導體設備採購走緩,2022年與2023年上半年比成長率為4.9%與2.9%,中國市場相對更疲軟,年成長率為-4.6%與-5.1%。但於此同時,北方華創營收成長51.7%與37.7%,中微成長60.9%與至27.5%,中微上半年業績為25.3億人民幣,北方華創更達到84.3億的規模,這也反應出中國半導體設備進口替代的力道強度。(作者為DITIMES副總)
半導體與貝爾實驗室
2023年7月28日台積電盛大地慶祝其永久性研發大樓的落成,過去台積電的研發中心都是跟著不同的廠區而遷移,逐水草而居,如今擁有永續基地。這棟大樓可容納超過7,000名研究人員,而台積電的研發經費,多年來都佔其營收的8%。以去年(2022年)超過730億美元營收,研發經費就將近55億美元。所以創辦人張忠謀特別提到,台積電的研發經費,遠遠超過麻省理工學院(MIT)1年約20億美元的研究經費。董事長劉德音在研發大樓落成慶祝儀式中,特別提到希望將台積電的研發中心,打造成台版貝爾實驗室。貝爾實驗室這座我學生時代心目中的科學聖地,是造就15位諾貝爾獎得主的殿堂,包括2位華裔的崔琦及朱棣文教授。研究半導體的學者若此生沒到過貝爾實驗室做過一段時間的研究,如同伊斯蘭教信徒沒去過麥加朝聖般。貝爾實驗室的經費來自於母公司美國電話及電報公司(AT&T)。1982年全盛時期,貝爾實驗室經費是16億美元,員工2.2萬名,其中博士學位者超過3,000人。當時AT&T年營收是347億美元,佔當時美國GDP的1.1%,所以貝爾實驗室的研發經費是AT&T營收的4.6%。1984年因為反壟斷法的關係,AT&T拆分7家獨立的區域型電話公司,從此貝爾實驗室的經費及重要性開始走下坡,如今已成為諾基亞(Nokia)旗下一員。眾所周知電晶體的發明,誕生於1947年的貝爾實驗室,除此之外MOS電晶體、非揮發記憶體floating gate、半導體雷射,甚至於也拿過諾貝爾獎的CCD元件,皆出自於貝爾實驗室,當然還有更多在半導體領域重要發明。延伸報導台積電全球研發中心啟用 張忠謀透露台灣成全球兵家必爭之地的關鍵 (新增影片)貝爾實驗室從1940年代,一直到1990年代,在半導體領域的研究上一直是獨領風騷。MOS電晶體以及其所衍生的CMOS,是所有積體電路以及分離器件中最被廣泛使用的元件結構,於1959年由Mohamed Atalla以及韓裔的Dawon Khang(姜大元)博士在貝爾實驗室所共同發明。MOS元件的特點在於,在電晶體的控制端—閘極(gate)金屬下方成長一層薄的二氧化矽絕緣層,可利用絕緣層的電容來控制輸出的電荷量,同時不會有電流流進閘極。當電晶體尺寸愈做愈小的同時,MOS所消耗的功率愈少,而操作的速度就愈快,成就摩爾定律,也造就今日世界。現今半導體兩大記憶體分別是DRAM以及Flash(NAND、NOR),DRAM是1966年由IBM所發明,其作用是將電荷儲存在矽半導體所製作的電容內,並由電荷電位的高低決定記憶的位元是0或1。但是半導體內的電容很容易漏電,隨時得補充電荷以維持記憶狀態,一旦關掉電源記憶隨即消失,故被稱為揮發性記憶體(volatile memory)。Flash是非揮發性記憶體(non-volatile memory),即使無電源供應,記憶狀態依舊保持。其中最關鍵的結構floating gate,是施敏教授(S.M. Sze)與姜大元博士於1967年提出。此架構是將儲存電荷的閘極,完全包覆在二氧化矽絕緣層內,不會有漏電流發生,而電荷是利用量子穿隧效應(tunneling)注入進floating gate。據施敏教授口述,他是在實驗室大樓自助餐廳看到鮮奶油蛋糕,在蛋糕內的層與層之間,塗了一層薄的鮮奶油,激發floating gate這個創意。此一重要創舉,第一次投稿時卻被學術期刊的編輯退件,最後是刊登在貝爾實驗室所辦的學術期刊內。談論到施敏教授,必須得提他所著作的《半導體元件物理》(Physics of Semiconductor Devices)一書,該書是是半導體領域的聖經。我在研究所時讀的是1981年的第二版,全書有880頁。有一整年的時間對我而言,幾乎是晨昏定省,從第一章第一節,研讀到最後一章完。到後來整本書的封皮都剝落了,有時讀累了就趴在書上小憩,書本中難免夾雜個人的汗水及口水。施敏教授是向貝爾實驗室申請,全職來寫這本書,這本書內容廣泛且論述清晰,尤其參考資料非常豐富。《半導體元件物理》不僅是本教科書,也是做研究所需的入門書籍。據他本人描述,所收集的論文資料,堆起來有一個人高度。施教授寫書的時候,在他的書桌旁放了一個字紙簍,如果他看不懂的文章就丟到裡面。他說如果連他都看不懂,那很難有人會懂了。據統計在美國有4成科學家,其出生地非來自本土,相信在貝爾實驗室的比例更高。Atalla出生地是埃及,姜大元博士是南韓,施敏教授出生於南京,在台灣完成大學教育。即便連兩位因CCD發明而獲得諾貝爾獎的 Willard Boyle及 George Smith,前者也來自於加拿大。惋惜的是在南韓被視為國寶的姜大元博士,不幸於1992年在結束學術會議,返家途中昏倒過世,否則也極有可能獲得諾貝爾的殊榮。最後,我們祝賀台積電研發中心的落成及運作,也期望一如貝爾實驗室能吸引國際一流人才進駐,引領半導體相關領域的研究,邁入下一個新紀元。 
我的德國同事們 (二)
我在台德合資公司的工作職責之一是策略談判,譬如技術授權、合作開發、產能保留等合作。每隔一陣子就得和德國的夥伴談判,協商新的合約。德國公司規模大,連談判都有專業隊伍。主要談判成員由一個資深的美國人帶頭,主要負責美洲業務。另外有個英國人,負責歐洲業務;一個日本人,負責亞洲業務。奇怪的是,整支隊伍沒有任何德國人。經側面瞭解,德國人認為自己不擅於談判協商,所以策略談判隊伍清一色地由外國籍員工擔任,這真是自知之明。我過去的個人的談判經驗是德國人思路條理分明,但是想定的事便不容易改變軌道,對於談判中主要牽涉的利益交換形式也比較缺少彈性。有一次談判其中主要的商業條件談判已經完成,只待合約文字敲定。德國公司只派了一個德籍的內部律師來敲定文字。談了一天,走不了兩、三個條款,馬上面臨跨越不過的天塹,只好要求德方另派代表。一直以來與德國公司的談判,我們都處於弱勢方,沒想到對方居然欣然同意這個請求,換了一個奧地利籍的外部律師,這可是要額外付費的。這表示德國人也明顯知道他們不擅之處,這是「自知者明,自勝者強」了。也談一下德國同事們對我們的看法。第一任執行副總在任職期滿後,公司高管為他踐行。問他對台灣的觀感,他的回答是:「似乎台灣工程師喜歡承擔一些風險,但是奇妙的是他們總是能完成。」臨別無惡言,但是聆聽到的絃外之音是台灣工程師—至少他經驗過的—比較不一定照「規矩」。我也知道他對於在蓋廠之初我們從空無一物的潔淨室到裝機、接管線、冲管、試機、建立一條單一機台式產線(single tool line),直到產出第一顆工作晶粒(working die)總共只花了92天,看得目瞪口呆的,這當時是世界紀錄。總要回到時事,今昔對照。台灣的企業在全球供應鏈重組的過程中,無可避免的要觸及供應在地化的議題。如果在歐洲要選擇一個晶圓製造廠的廠址,我的首選是德國德勒斯登(Dresden)。這是上述合作德國公司的主要製造基地,另外還有幾個其他半導體公司於此設廠。從業人員、基礎設施、供應商群聚等條件早已成熟完備。新聞媒體報導稱當地作業員無法接受兩班制輪班,從來不是問題。德勒斯登半導體建廠、運作已有多年,自然有當地能接受的運作模式,剩下的只是適應和成本效率問題,這非艱難的管理問題。但是工會的確是個需要慎重對待的問題,尤其台灣企業過去比較少處理這類問題。歐洲的法律普遍注重勞工權益,政府獎勵條例也常圍繞著聘僱人數來訂定。工會本身的作為也經常能影響公司的重大決策。那家德國公司的工會在董事會中就有幾個席位,據說是以員工的退休基金取得公司的股權選出來的。一般而言,退休基金要求投資風險較低的標的,而投資自己公司的股票是將所有雞蛋放在同一個籃子中:公司狀況不佳時,工作和退休金會同時受影響。但此為工會在影響力與風險之間的抉擇,而且也真的派上用場了。德國公司的執行長最後被走人,報導的原因之一是與工會不睦:執行長不滿意德國的高營業所得稅,揚言要將總部外遷,這下可惹惱工會。執行長能遷,大部分的員工可遷不了,只好讓執行長自己遷了。千萬妥善應對工會,要不就終將成為最大負擔(liability)。
我的德國同事們 (一)
我曾經服務於一家台德合資公司,經歷締盟、合作、對簿公堂又握手言和的各個階段。對於德國同事們,我有遠較於刻板印象(stereotype)深刻的體驗。平地起工廠,待到可以遷入時,幾乎所有自己有辦公室的德國同事們書架上都滿布資料夾。資料夾有幾種顏色,連空的文件夾上的標簽都預先貼好,彷彿一上任就有一個預設的工作框架,一切井然有序。在那個尚無雲端硬碟的年代,對於文件和資料分類和儲存的如此執著,令我驚異著迷,立馬學了起來。後來,果然派上用途了:在訴訟的過程中,我找到一份他們沒有儲存的關鍵檔案—這份文件雙方用傳真往來,而傳真用的是感熱紙,用三孔夾釘孔不太順當,德國同事因而沒存留;我卻是一以貫之,硬是比他們多存了這一份!這是師夷長技以制夷。說是德國團隊,實際上派遣人員(assignees)是以德國人為主的多國籍人員團隊,最多的時候合資公司有十幾個國籍。這樣的合資公司以英文為官方語言,乃理所當然的事,這自然包括公司的規章、資料、文件、檔案以及會議語言,貫徹的程度可能超過現在很多正在全球布局的公司之努力。這家德國公司內部當然也使用英語。在它成立的170餘年中,曾經設立超過1,000家子公司,並在全球超過190個國家營運,以英文為公司官方語言的政策早已行之有年。但是令我印象最深刻的是連2個德國人之間的電子郵件也全使用英文。有一次,派遣團隊的在地最高指揮官執行副總,在一件事情的協商中要爭取我的同理心,拿了他的電腦顯示他們公司營運長給他的指令:You must support xxx!一連串的電子郵件全都是英文的書信往來。這種嚴格貫徹到公司最頂層的全球化政策,銘刻到骨子裏了。除了駐地執行副總之外,幾乎每個派遣人員都聘請中文教師於公餘閒暇時間學習,這似乎是公司鼓勵的政策。除了全球化的措施外,駐外人員的在地化似乎也是公司的政策之一。進駐廠房之後不久就過年了,然後初五依例祭祀開工。這位執行副總神態自若的加入拜天公的高管行列中。基督徒不持香,卻也禮敬如常。據我所知,這是他首次被外派到華人地區,舉止卻從容自若彷彿預演過似的。後來才知道,這家在全球營運的老牌德國公司,內部聘有幾位文化人類學專長人士。除了平常參與各地市場行銷、政府關係等與在地文化密切相關的事務外,另外就是為外派人員準備好融入駐地的教材,這已是德國公司行之有年的做法。事實上日本甲午之戰後接收台灣時,已先後在1895、1896年派遣伊能嘉矩、鳥居龍藏2位文化人類學家來台灣打頭陣,了解風俗民情,做為治理的基礎,這比我們時至今日才開始想聘地緣政治專家早了足足一世紀有奇。德國公司先後派了3個女性技術副總來台,先是技術移轉、後來共同研發。第二個女性主管的經歷頗有啟發性。她比另外兩位年輕許多,技術根底紮實。除了有時候愛使小性子外,沒什麼好嘮叨的。大概是她在此地任職的績效優異,任期滿後轉任德國公司座落於法國的另一個合資晶圓廠總裁,居然讓這廠轉虧為盈—在法國欸!值得一提的是她接受的是德國雙軌技職系統(duale ausbildung)教育,一面在工廠任職、一面在學校接受課堂教育拿的博士學位。這就是這幾年產業界熱議的技職教育體系。要設計、執行如此的技職教育體系並不難,不容易的是產業怎麼對待技職體系教育出來的學生。社會及產業必須能公平對待各種教育體系出來的學生,技職體系才有可能生效。這是為什麼德國技職教育屢屢為人稱道,而台灣技職教育瀕於消失的原因。這家德國公司向我展示雙軌技職系統如何奏效的精髓。 
陽關三疊,傳音初唱:非洲的手機大商機
14億人口的非洲,一年超過2億支手機需求,這台灣人視而不見的商機,在中國傳音的經營下卓然有成。沒有人真正探索過前因後果,以及台灣公司為何錯過?2000年千禧年剛過,中國寧波出現了名為「波導」的手機品牌,這個在地企業拿到第一桶金之後分裂成兩個系統,一個做房地產去了,另一個系統在竺兆江的帶領下,把技術、管銷的核心幹部帶到深圳,並在2007年創立傳音,開始了十幾年的非洲長征。2008年以後的中國,在北京奧運、一帶一路的加持下,華為、中興開始了新興國家的基礎建設工程,這對希望在新興市場打下根基的傳音而言,是個千載難逢的契機。有了不可或缺的網路電信基礎建設,甚至是全套移植自中國的營運模式,這一批中國商人相信,只要找到立足點就可以在荒蕪的市場中找到落腳契機。是的,他們成功在不穿鞋的非洲人當中,尋找銷售各類鞋子的契機。過去大眾媒體報導的非洲,可能是難民外流,危害南歐社會安定的源頭,很少人花心思去理解非洲真實的面貌,鄉下、邊界或許還是待墾荒的處女市場,但在首都等都會區,其實與北非、南亞相去不遠。基本上,非洲應該區分為與南歐高度互動的北非,以及自認為不是真正非洲,荷蘭人、英國人仍有一定勢力的南非。過去傳統「Sub-Saharan Africa」的概念是指撒哈拉沙漠以南的荒蕪大地,但真正細分的話,還得分為英屬東非、法屬西非,以及鄰近南非的幾個國家。傳音初唱傳音從東非5,000萬人口的肯亞起步,據說第一年就賣掉400萬支的手機,之後從肯亞慢慢向奈及利亞、衣索比亞、烏干達擴張。傳音採取的策略是與在地通路商合作,聯合華強北山寨機的生態系各自發揮優勢,也各取所需。來自中國的商人擔任大盤商,在地通路、資金、銷售,都是由當地熟悉風俗民情的合作夥伴經營。賺到錢之後,這些商人又開始投資房地產,據說蘇丹與索馬利亞地方勢力的不法所得很多進了肯亞等地的房地產,如此自己建構一個生態系。這種草莽的商機,台灣人、南韓人做不到,而蘋果(Apple)、三星電子(Samsung Electronics)也不願意降格以求,拉低自己的品牌層次。根據IDC資料顯示,2022年第4季,以Tecno、Itel、Infinix等不同品牌銷售手機的傳音,在非洲市佔率已經超過4成,並將事業版圖擴張到情況類似的巴基斯坦、孟加拉。手機是現代人不可或缺的生活工具,主打單價200美元以下的手機,買賣方式必然超越西方正規系統的想像,當然也硬擠出一塊鐵板商機。我想到一句台灣俚語:「雞卵密密也有縫」,路是人走出來的,中國人在非洲走出屬於自己的路,賣零件的台灣人,至少也得知道來龍去脈! 
終極顯示技術Micro LED 智慧手錶市場成關鍵灘頭堡
蘋果日前發表2023年最新iPhone 15系列及Apple Watch系列等新品,就各項產品規格而言,大抵是漸進式的提升,但在佔零組件單一成本比重最高的顯示器方面,仍然是採用AMOLED,與2023年產品差異不大,比較特別的是第二代Apple Watch Ultra最大亮度提升50%,至於新興的Micro LED何時能搭載在蘋果的智慧型手錶上? 短期內仍然沒有跡象。Micro LED號稱是終極顯示器,因為它具備眾多優異顯示特性,不但在亮度、對比值、精細度、尺寸範圍、反應速度、高效率/低功耗、可撓曲、透明性、內嵌其他感測器等方面的潛力,均優於目前佔主流地位的TFT LCD及AMOLED技術,所以產業對發展Micro LED的熱度相當高。Micro LED目前真正商品化的應用,是超大型顯示器,TFT LCD玻璃基板難以切割出來的100吋以上顯示應用,更適合能採拼接方式彈性組合的Micro LED。三星電子(Samsung Electronics)在CES 2023展會中,推出50、63、76、89、101、114與140吋新機型,主打企業行銷宣傳及家庭電影院應用,價格雖與前幾年相較有所下降,但仍是奢華等級,例如北美市場89吋Micro LED TV產品,售價約10萬美元。由於電視機用的顯示面板並不需要很高的精細度,加上Micro LED TV因量產性低導致單價偏高,對於目前在巨量移轉/巨量修復技術仍在發展中的Micro LED業者練兵而言頗為適合。若Micro LED顯示器要真正達到大量出貨,第一個灘頭堡市場應該就是在智慧手錶。全球智慧型手錶1年的市場需求約1億支上下,其中蘋果的Apple Watch約佔半數,蘋果若能領先採用Micro LED顯示技術,勢必能帶動小尺寸Micro LED在穿戴式應用市場的起飛。為何智慧手錶的量產優先順序,會高於智慧型手機?一方面智慧手錶的市場規模僅智慧型手機的10分之1以下,此外,1支智慧手錶其顯示器需要的Micro LED畫素數,僅約智慧型手機用顯示器的15分之1至20分之1,兩項因素加乘考量後,明顯可見Micro LED切入智慧型手錶應用市場的門檻較低,包括LED晶片廠的投資額、初期量產所需要的Micro LED數量等,後者涉及到良率、量產性方面能否滿足初期的市場需求。儘管蘋果產品(包括手錶、MR等)採用Micro LED的腳步不如原先預期的快,但是其他業者包括友達等,展現出更為積極的態度,預計2023年內要出貨給客戶智慧型手錶用的Micro LED。其實,友達在車用Micro LED顯示器的腳步也相當快,不過,眾所周知汽車產業鏈比較保守,要打入主力車廠的供應鏈往往需要3~5年的布局及認證,車廠需要先確定其所採用的電子零組件,在可靠度、貨源穩定供應能力上沒有問題,所以傾向希望友達等Micro LED業者先在消費性電子產品市場開創量產佳績,之後再應用到汽車市場,畢竟汽車產品的使用週期長達10~20年,車廠會採取比較穩紮穩打的策略。目前市場規模1億支上下的智慧型手錶,隨著個人健康監測需求提升,市場可望持續成長,一旦Micro LED成功切入智慧手錶之後,預期將成為2030年以前Micro LED顯示器最大的出海口。
AI風潮引爆矽光子應用
2023年9月的SEMICON Taiwan會議中,矽光子(Si photonics)技術引起熱烈討論。在9月5日「矽光子國際論壇」中,筆者也受邀與台積電、日月光、工研院、美國Cisco及日本愛德萬測試(Advantest)的專家同台,主持人是日月光執行長吳田玉,共同討論矽光子技術在人工智慧(AI)世代中,所能扮演的角色。以下是個人在這個議題中,所表達的看法。眾所周知,矽光子技術已經發展超過20年,主要是利用CMOS成熟製程,將處理光訊號所需的光導管、調變器、光柵、耦合器,甚至光偵測器等主被動元件整合在矽基板上。目前唯一無法整合進矽基板者,是半導體雷射,因為涉及到不同的材料系統,只能以封裝的方法處理。矽光子基板負責將光的訊號轉換為電訊號,此為接收端,發射端就是將電訊號經由雷射轉換為光訊號。由於使用成熟半導體製程,在微小化、集成度、量產的良率,甚至成本都具有優勢。再加上使用光訊號,對比於電訊號,又有著高頻寬、低延遲(low latency)以及低功耗的優勢。自從光纖通訊在1980年代被引進之後,一直擔任訊號傳輸的角色。初期在人類使用數據量還不大的時候,光通訊運用在長距離的傳輸,如海底光纜、大都會地區的網路。隨著數據量的提升,光通訊開始進入區域網路。近來生成式人工智慧(generative AI)的興起,最大的數據產生及傳輸量是發生在AI伺服器之間,因為任何一個大型的模型,都包含數百億個參數,而每次訓練所要花費的算力是驚人的,這些都依賴晶片彼此間的平行運算以及數據交換。拜半導體先進製程之賜,目前處理或計算1個指令,只需要1~2 nsec的時間;但是數據傳輸速度的增幅,卻永遠跟不上算力的增加。光是在光纖內運行1公尺距離會產生5 nsec的延遲,因此AI伺服器的算力有相當的時間在等待數據而停滯。若改用電訊號來傳輸,等待的時間就更久了。解決之道當然就是將轉換光訊號的裝置,愈靠近CPU/GPU/ASIC晶片愈好,以改善訊號延遲,這中間最好避免掉電路板。因此,co-package optics(CPO)包含矽光子基板,便應運而生。CPO目前主力是放在交換器(switch)內,將矽光子基板與處理電訊號IC晶片,以堆疊(stacking)的封裝方式結合,再連接上光纖,比鄰於各式IC處理器,這就是最靠近及最低延遲的選擇方案了。在2000年代中期,IBM在其年度的技術展望(Technology Outlook),特別提出光連結(Optical interconnect)為未來技術的重點。IBM非常自豪於技術上的預測,也表示自己從來沒有預測失敗過,有的只是發生時間的早晚。彼時並不知道會有AI運算的蓬勃發展,也不清楚半導體的技術會進展到3奈米以下。但是很明確的是,人類在數據傳輸的使用量會持續地增加,而矽光子技術將在光連結上扮演重要的角色。當時光連結的提出,也不清楚是會發生在晶片與晶片間(chip to chip)訊號的連結,還是載板之間(board to board)訊號的連結,或者是伺服器架間(rack to rack)的訊號連結。如今伺服器架間的訊號連結,甚至於架上的層與層之間(unit to unit),已經廣泛地採用光連結技術。而晶片之間訊號的連結,已經被台積電的先進封裝技術3DIC/CoWoS/chiplet/fabric,使用電訊號交換給解決了。接下來的重頭戲會是載板之間的訊號連結,目前的主力還是使用電訊號的連接,至於光的連結就拭目以待。CPO結合矽光子技術,提供AI風潮中提升數據傳輸速度的最佳解決方式,這對於產業生態鏈卻是一個巨大的改變。傳統使用插拔(pluggable)光模組的生態系,並不會坐以待斃。在今年(2023)的全球光通訊大會(OFC)上,linear-drive pluggable optics(LPO)即受到廣泛的注意,被視為傳統勢力的一大反撲。Linear-drive的概念是拿掉插拔光模組內re-timer/DSP功能,而增加在ASIC內訊號處理的負擔,如此便減低模塊內的訊號延遲及功耗。因此之故,可以再往前推進1~2個世代的產品,而整個產業生態鏈不會有太大的變化。如同半導體製程所使用的浸潤式DUV微影設備,在不改變DUV曝光機的生態下,又往前推進幾個世代,直到EUV曝光機接手。矽光子CPO的世代終究是會來臨,若LPO順利推展,可能會使發生的時間延後。事實上,linear-drive的概念亦可以使用在CPO上,如此不論在訊號延遲及功耗上,又會有更佳的表現。本文感謝與鄭鴻儒博士的討論。
越南的半導體旅程
在全球供應鏈重新布局之際,越南成為電子製造加值鏈的一個新環節,並為越南發展半導體意向增添幾分想像。半導體的發展,可以依靠的不是終端消費市場,而是電子系統的大量製造。半導體的幾個較發達的地區,從美、日、台、韓、中等無不經歷此一過程。如此才有辦法解釋為何台、韓規模不大的國內終端消費市場,最終撐起如此巨大的半導體產業。越南人口近億(約9,950萬人),倍於台、韓,全球電子製造加值鏈的移轉也是重要新節點。目前越南半導體產業已開始發展IC線路設計,如FAP(Financial and Promoting Technology;一家大型的資訊服務公司)與國營的越南電信(Viettel)下的設計事業群/子公司。半導體製造方面已先進入後段領域,英特爾(Intel)已在河內投資封裝測試廠,而且宣布將擴大投資。三星電子(Samsung Electronics)的封裝測試廠設立於北部太原省(Thai Nguyen Province),2023年第3季已開始量產FC-BGA(Flip Chip-Ball Grid Array)。Amkor於北部北寧省(Bac Ninh Province)設立的封測廠將於第4季開始量產。這幾個大廠的設立顯現出「北記憶體、南邏輯」的格局。至於半導體製造的核心晶圓廠,越南政府在優先次序上是置於IC設計之後的,據說是由於先進晶圓廠投資金額較龐大、生態環境要求比較嚴格、需要較長期技術累積的理由。但是上述的理由只適用於邏輯先進製程的12吋廠,對於毋需依託於先進製程的領域如半導體功率元件、矽光子等,這些原因並不太會形成巨大的進入障礙,這些領域是可以現在優先考慮的。以寬帶隙(wide band gap)半導體為例,目前次產業的形成還在初期,先進者並無太明顯的先發優勢,加上產業的競爭方向比較傾向於材料的研究,較少競逐新製程開發,研發經費並不需要在經營體量形成規模經濟後才能累積足夠盈餘、自主研究,因此目前進入此領域也比較有機會在競爭過程中逐漸趕上領先族群。以越南這樣一個半導體製造領域的新進者,在目前的既有的條件下應該先做幾件事。第一,是立法投資獎勵條例。目前越南並無類似的法令,也許有補助金,但是以行政命令補助,與依法規補助,對於投資者的風險評估是天差地別。特別是在目前的世界競爭格局之下,要建立、或者是要重新建立半導體製造能力的國家幾乎都動用國家資本、以法令規範行之。補助辦法就是一個費時的研究專案,不同的補助辦法會導致不同得結果,而且有些是出乎預期的。兼之立法也需要時間,即使越南半導體製造能力發展優先次序排列較後,獎勵補助條例依然是馬上要開展的事。第二,是提升目前既存的科技園區,或者建立專用半導體園區,直到能支持晶園廠能運作的規格。科技園區是越南行之有年且有成效的措施,譬如Amkor的封測廠就設立於安豐工業園區(Yen Phong II-C Industry Park)之中。但是晶園廠有獨特的需求,譬如極穩定的電力供應、特殊氣體等。政府預先完成的基礎設施對於投資評估是另一項吸引力。第三,是人才培育。人才培育需要先行於產業發展,而且前置時間長。大部分的人才培育需要公權力的運作,這也是馬上要做的事。要切入半導體製造環節並且在其中存活下來當然不是容易的事,上面列的也只是必須先行的幾項。但是也有要注意的地方:在政府的支持下仍然要保持合理的市場競爭,以刺激整體產業的活力,此乃半導體產業協會(Semiconductor Industry association;SIA)對印度政府的忠告,我相信對越南也受用。
IC設計業的新時代
2020年後,IC設計業同業購併案例大幅減少,反倒從IC設計業購併軟體業的案例大幅增加。根據統計,IC設計業購併同業的案例從2009年的67件,減少到2021年的21件,但IC設計業購併軟體業的案例卻出現了17個案例。超微(AMD)在2022年宣布購併資料中心軟體平台商Pensando,希望能提高資料中心市場的影響力,並強化與英特爾(Intel)對抗的強度。高通(Qualcomm)在2022年購併車用軟體公司Veoneer與Arriver,NVIDIA則購併了Excelero。而前十大IC設計公司的購併範例,以博通(Broadcom)購併VMware與賽門鐵克(Symantec)最為知名。我們試著深度理解博通在AIoT時代的重心轉移與未來的經營策略,提供還掙扎於要與中國IC設計在成熟製程上短兵相接的台灣IC設計業者。過去的半導體業是個技術掛帥的產業,上下游之間是種線性關係,上游設計產品,委託代工廠商交給組裝大廠,基本上就完成整個供應鏈的運作流程。但隨著時間的推移,物聯網、大數據、人工智慧成為橫向應用的顯學之後,兩者之間的力量相互拉扯,企業也可以在兩者之間找出適當的平衡點,做為新世代產品的市場定位。但更高明的廠商在布局跨業、跨區、跨領域的商機之前,先行思考軟硬整合、體制改造的工作。以博通為例,2021年以610億美元購併雲端虛擬架構公司VMware,以利協助客戶建立虛擬化服務時,各種投資的機器設備可以被運用到最佳化的狀態。另外,在串連服務體系的過程中,資安成為關鍵議題,博通在2019年以107億美元購併賽門鐵克,但這些動作都是斧鑿的痕跡,也給台灣專注量產製造,或者成熟製程的IC設計廠商些許參考。事實上,2018年博通買下CA Technologies時,最初被視為難有綜效,但在2023年第2季時,博通營收中軟體比例已達22%,如果考量VMware在2022年132億美元的營收,我們要重新定位博通到底是一家IC設計公司,還是軟體服務商。其次,大家看到的可能是吸納進來的業務,但很少人注意到斜槓之後,兩大部門業務之間的整合與相互支援,是一種最高價的綜效,也是台灣廠商最難突破的高牆。也許我們沒有辦法去管理大規模的美系軟體廠商,但台灣內部的小循環不可行嗎?透過新購併的軟體平台,能深化價值與服務嗎?經營者如果只是1+1=2,那是簡單的算數,如何1+1=3或4才是高難度的管理挑戰。這種事情,台系廠商經營幹部很少談,是老闆不買單,還是老闆根本不想談? 
定義、定位、定價
IC設計業是半導體業,這毋庸置疑,只是IC設計業是製造業嗎?這個行業分明沒有工廠,所以也被稱為「Fabless」,難道他們不是服務業嗎?2022年台灣IC設計業的年產值大約400億美元,由於這是個腦力、技術密集的產業,多數的附加價值來自台灣本地,如以台灣GDP總量8,000億美元計算,IC設計業對台灣GDP貢獻值可能在4%上下。DIGITIMES也是依附於電子業的專業服務業,與IC設計業一樣,我們都是介於二級、三級產業之間的服務業,那麼我們可以自稱2.5級產業嗎?這種產業型態能否成為台灣產業發展的契機,甚至是平衡社會發展的力量呢?其次,想從事2.5級產業發展的企業,必須深度理解目標產業的特質,否則對客戶沒有足夠的說服力,當然就定義不出好的價錢,甚至在進行大規模投資的過程中被市場消滅了!如果從1970年代英特爾(Intel)推出微處理器、台灣推動RCA計畫開始算起,大致已經經歷了半個世紀。以我的認知,1985年微軟(Microsoft)推出視窗軟體、英特爾的386微處理器帶來康柏(Compaq)、宏碁領先推出相容電腦以前,都是產業萌芽期,之後才是真正形成新世代產業的時代。1985~2007年iPhone上市之前,都是個人電腦主導產業的時代,而iPhone的雙向互動功能,改變了世界電子業的生態,這是第二個階段,我們可以稱為「行動通信的時代」。最近ChatGPT上市之後,人工智慧真正成為顯學,黃仁勳說,這是人工智慧的iPhone時代,意思是人工智慧即將進入爆發性成長的階段。先不論這樣的評論可以被落實到什麼樣的境界,我們可以先期探索在人工智慧與物聯網相互激盪的AIoT時代,我們如何定義我們的事業,並為自己的企業找到新的定位,重新因為目標客戶、服務方式的不同,重新訂定新的價格方針?在個人電腦時代,台灣以「螞蟻雄兵」的產業營運模式應戰,一開始百花齊放,1992年時光是生產NB的公司就將近50家,彼此探詢規格、殺價競爭,但內部的競爭創造出了產業競爭力。所以我們常說:「台灣人關起門來打得你死我活,但躺在地上的是日本人、南韓人」。南韓營運成本較高的三星電子(Samsung Electornics)、樂金電子(LG Electornics)不敢攖其鋒,選擇以品牌、關鍵零件應戰,經營成果較台灣毫不遜色,也形成今日台韓產業結構的差異。到了以手機為主力的行動通信時代,誰搶到蘋果(Apple)、惠普(HP)、戴爾(Dell)的代工訂單,誰就可能是贏家,強調ODM的設計能力、經濟規模與資本運作都是成敗的關鍵,企業拚命爭取上市的機會,透過公開市場的資金進行擴張、對抗。這些故事離我們並不遠,只是故事的劇本正在改變中。人工智慧、伺服器、繪圖晶片引導的新時代,領先的NVIDIA與超微(AMD)意圖鞏固生態系,而現在跟他們購買晶片的亞馬遜(Amazon)、微軟、Google、Meta都在自研晶片。亞馬遜、Google與高通(Qualcomm)、Marvell之間的合作,也可能是深化NVIDIA與聯發科合作的觸媒。產業之間的競合關係不僅改變,也出現敵友難分的時代,在這種情況之下,我們如何幫自己定位呢?